Simple Synchronous ZETA Converter Topology based on Arduino UNO [LEP]

สำหรับโครงงานนี้เป็นการพัฒนาต่อจากตอนที่ 1 (อ่านตอนที่ 1 คลิกที่นี่) สำหรับวงจรซีต้าคอนเวอร์เตอร์ (ZETA Converter) โดยการออกแบบวงจรให้ทำงานแบบซิงโครนัส (Synchronous ZETA Converter Topology) และยังคงใช้ตัวควบคุมเป็นบอร์ด Arduino UNO เช่นเดิม รวมทั้งปรับความถี่สวิตชิ่งให้ต่ำลงมาที่ประมาณ 31.37kHz และโปรแกรมที่ใช้ในการควบคุมจะเป็นแนวความเบื้องต้นสำหรับนำไปพัฒนาต่อ ซึ่งในการพัฒนาวงจรครั้งนี้จะช่วยให้การทำงานมีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น

Simple Synchronous ZETA Converter Topology based on Arduino UNO — รูปที่ 1 การเตรียมทดลองวงจรสำหรับ Synchronous ZETA Converter

รูปที่ 2 แสดงแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสำหรับการทดลองโครงงานโดยในรูปจะมี 2 ส่วนคือ กล่องแรกตัวบน (สวิตช์สีส้ม) จะเป็นแหล่งจ่ายกำลังสำหรับ Synchronous ZETA Converter และแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงตัวนี้จะถูกปรับค่าแรงดันอินพุตในการทดลองผ่านวาริแอก ในส่วนที่สองกล่องข้างล่าง จะเป็นแหล่งจ่ายไฟเลี้ยงสำหรับวงจรขับขาเกตที่ตัวออปโต้ TLP250 (U1 และ U2)

รูแที่ 4 และรูปที่ 5 แสดงค่าแรงดันอินพุตและค่าแรงดันเอาต์พุตขณะวงจรสแตนบาย โดยแรงดันอินพุตประมาณ 20V และแรงดันเอาต์พุตกำหนดไว้ที่ประมาณ 20V เช่นกัน

รูปที่ 6 แสดงสัญญาณเอาต์พุตอินเวอร์เตอร์สำหรับวงจร Synchronous ZETA Converter ที่ตำแหน่งขา S ของเพาเวอร์มอสเฟต Q1 (CH1) และสัญญาณขับขาเกตสำหรับเพาเวอร์มอสเฟต Q2 ที่จะทำหน้าที่ซิงโครนัสกับเพาเวอร์มอสเฟต Q1

ในรูปที่ 7 ถึงรูปที่ 10 แสดงผลที่ได้จากการทดลองที่ 1 โดยการทดลองจะกำหนดค่าแรงดันอินพุตให้น้อยกว่าแรงดันเอาต์พุตเพื่อทำการทดลองในโหมดบูทคอนเวอร์เตอร์ จากรูปที่ 8 ตำแหน่งสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตจะมีค่ามากกว่า 50% แรงดันเอาต์พุตในรูปที่ 9 มีค่าประมาณ 20V และในรูปที่ 10 เป็นค่ากระแสเอาต์พุตเมื่อวงจรจ่ายกระแสให้โหลดประมาณ 2A

ในรูปที่ 11 ถึงรูปที่ 14 แสดงผลที่ได้จากการทดลองที่ 2 โดยการทดลองจะกำหนดค่าแรงดันอินพุตให้ใกล้เคียงกับค่าแรงดันเอาต์พุตสำหรับทดลองในโหมดบัฟเฟอร์ (Gain =1) โดยในรูปที่ 12 ตำแหน่งสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตจะมีค่าประมาณ 50% และแรงดันเอาต์พุตในรูปที่ 13 ยังคงมีค่าประมาณ 20V และในรูปที่ 14 ค่ากระแสเอาต์พุตสำหรับโหลดประมาณ 2A

ในรูปที่ 15 ถึงรูปที่ 18 แสดงผลที่ได้จากการทดลองที่ 3 โดยการทดลองจะกำหนดค่าแรงดันอินพุตให้มากกว่าแรงดันเอาต์พุตสำหรับทดลองในโหมดบักคอนเวอร์เตอร์ เช่นเดียวกันในรูปที่ 16 ตำแหน่งสัญญาณพัลซ์วิดธ์มอดูเลตจะมีค่าน้อยกว่า 50% และแรงดันเอาต์พุตในรูปที่ 17 ยังคงมีค่าประมาณ 20V และในรูปที่ 18 ค่ากระแสเอาต์พุตสำหรับโหลดประมาณ 2A

 /*
    Code program test for Synchronous ZETA Converter Topology
    MCU : Arduino UNO
    Fs = 31.37kHz
    Vi = 10V-40V/5A
    Vo = 20V/1.5A 
    Output Power : 40W (Continuous)
    R&D by : www.electronicsdna.com
    Date : 21-12-2021 (V.1)      
 */

#include <PWM.h>

int Output_PWM = 0;
int Voutput = 0;
int DT = 5;       // set Dead Time

void setup()
{
pinMode (9, OUTPUT);       // High side
pinMode (10, OUTPUT);     //  Low side

Serial.begin(9600);

TCCR1A =0b11100001;     // Set Register Phase Correct PWM
TCCR1B =0b00000001;     // Set Fsw = 31.372 kHz
delay(300);
}

void loop()
{
         Voutput = analogRead(A0);         
         Serial.print(" Vo = ");  
         Serial.println(Voutput);     

         if(Voutput<503){Output_PWM = Output_PWM-1; goto goPWMSignal;}   // Inver Data for Adj PWM(-) 
         if(Voutput>497){Output_PWM = Output_PWM+1; goto goPWMSignal;}  // Inver Data for Adj PWM(+)        
         
 goPWMSignal:         
 
         if(Output_PWM>250){Serial.print("\t MAX "); Output_PWM=250; goto setPWMSignal;}            
         if(Output_PWM<10)  {Serial.print("\t MIN "); Output_PWM=10; goto setPWMSignal;}
         
 setPWMSignal:    
          
         OCR1A = Output_PWM;           // PIN D9
         OCR1B = (Output_PWM-DT);   // PIN D10
         delay(10);
}

Download Library ——-> PWM.h

*** เช่นเดียวกับตอนที่ 1 โปรแกรมที่แสดงข้างบนนี้เป็นตัวอย่างแนวคิดเบื้องต้นให้ผู้อ่านสามารถนำไปพัฒนาเพิ่มเติม เช่น การควบคุมแบบ Adaptive control, PID control หรือ Fuzzy Logic control : FLC เป็นต้นครับ

สำหรับในการทดลองโครงงาน Synchronous ZETA Converter นี้วงจรให้ประสิทธิภาพการทำงานที่เพิ่มขึ้นอันเนื่องจากการทำงานของเพาเวอร์มอสเฟต Q2 ที่จะช่วยลดพลังงานสูญเสียลง และจากการทดลองตัววงจรจะให้ประสิทธิภาพมากในช่วงค่าดิวตี้ไซเกิลประมาณ 35%-75% และสำหรับโครงาน Synchronous ZETA Converter ที่นำเสนอนี้ยังคงเป็นพื้นฐานสำหรับเรียนรู้และทำความเข้าใจในระดับหนึ่ง โดยถ้าผู้อ่านต้องการเนื้อหาการคำนวณเพื่อออกแบบและรายละเอียดเพิ่มเติมสามารถเข้าได้ตามลิ้งก์ที่อ้างอิงข้างล่างนี้ครับ.

Reference

Post Views: 1,582

Published by nattapon